專利名稱：物質(zhì)包藏材料,使用它的電化學(xué)裝置以及制備物質(zhì)包藏材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物質(zhì)包藏材料(substance-occluding material)，使用它的電化學(xué)裝置和制備該物質(zhì)包藏材料的方法。
背景技術(shù)：
自工業(yè)革命以來，化石燃料例如汽油和輕油已經(jīng)作為能量資源廣泛地用于汽車和產(chǎn)生電力。通過利用化石燃料，人類大大提高了他們的生活標(biāo)準(zhǔn)并發(fā)展了多種工業(yè)。
但是另一方面，化石燃料的消耗已經(jīng)在全球范圍內(nèi)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境破壞并且長(zhǎng)期穩(wěn)定的化石燃料的供應(yīng)看起來是不確定的。
同時(shí)，因?yàn)樗奶匦岳缛紵龝r(shí)只產(chǎn)生水，作為替代化石燃料的清潔能源，氫作為燃料已經(jīng)引起了注意?，F(xiàn)在，正在注意開發(fā)一種材料，通過該材料氫可以有效地產(chǎn)生，儲(chǔ)存并容易傳輸。
通常，氫通過在高壓下，在液化狀態(tài)下，在氫包藏合金中等方法儲(chǔ)藏。但是在高壓下或在液化狀態(tài)下儲(chǔ)藏涉及運(yùn)輸性，來自于容器重量等問題。此外，因?yàn)樯婕暗街亓?，成本等問題，在氫包藏合金中儲(chǔ)藏還沒有商業(yè)化。
為了解決上述問題已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是提供物質(zhì)包藏材料，該材料效率高，重量輕，便宜和安全以及運(yùn)輸性好，使用其的電化學(xué)裝置以及制備該物質(zhì)包藏材料的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種物質(zhì)包藏材料，其中在圓柱狀材料中包含與要包藏的物質(zhì)不同的物質(zhì)(這在下文中稱之為本發(fā)明的第一發(fā)明)。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)榕c要包藏的物質(zhì)不同的物質(zhì)包含在圓柱狀材料的內(nèi)部，因此，可以提供效率高，重量輕，便宜，安全及可傳輸性好的物質(zhì)保藏材料。


圖1A和1B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的豆莢狀物(peapod)的一般剖視圖。
圖2A和2B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的單壁碳納米管的一般圖解，該納米管具有束狀結(jié)構(gòu)。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的雙壁碳納米管的一般剖視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的燃料電池實(shí)例之一的一般剖視圖。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的豆莢狀物的拉曼光譜。
圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的具有束狀結(jié)構(gòu)的單壁碳納米管的溫度與氫包藏能力之間的關(guān)系圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的豆莢狀物與具有束狀結(jié)構(gòu)的單壁碳納米管直徑間的關(guān)系及包藏空間變化的曲線圖。
圖8示出了單壁碳納米管的直徑，以及單層石墨、石墨碳納米纖維和單壁碳納米管的壁間距，以大小順序排列。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案在用堿溶液(NaOH)處理前的碳納米管的TEM照片。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案在用堿溶液(NaOH)處理后的碳納米管的TEM照片。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案比較性地示出用堿溶液(NaOH)處理前后的碳納米管的拉曼光譜。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明第一發(fā)明的物質(zhì)包藏材料優(yōu)選具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中要包藏的物質(zhì)包藏在形成于管狀材料與被包含的物質(zhì)之間的空間部分中。
另外，要包藏的物質(zhì)優(yōu)選地是氣體，并且，該氣體優(yōu)選是氫氣，氮?dú)?，或氧?這也應(yīng)用于下面描述的本發(fā)明中)。
管狀材料優(yōu)選由碳納米管構(gòu)成，并優(yōu)選該碳納米管為單壁碳納米管。
作為被包含的物質(zhì)，可優(yōu)選使用富勒烯基的碳材料或含碳原子的材料，例如納米石墨。
對(duì)富勒烯基碳材料沒有特式的限制，只要其由殼狀的碳簇分子Gm(其中m是適合于Cm形成殼狀結(jié)構(gòu)的自然數(shù))構(gòu)成。通常使用選自C20，C36，C60，C70，C76，C78，C80，C82，C84，C86，C88，C90，C92，C94，C96等的富勒烯分子的單質(zhì)或其兩種或多種的混合物。
這些富勒烯分子是在1985年從激光燒蝕的碳簇束的質(zhì)量分析光譜中發(fā)現(xiàn)的(Kroto H.W.；Heath，J.R.；O’brien，S.C.；Curl，R.F；Smallery，R.E.，Nature 1985，318，162)。5年之后，才實(shí)際上建立了制備這些分子的方法，而且在1990年發(fā)現(xiàn)了通過碳電極的電弧放電制備這些分子的方法；其后，富勒烯作為碳基半導(dǎo)體材料等引人注目。
因?yàn)楦焕障┗奶疾牧嫌商荚咏M成，所以它們重量輕，不易于變性，并且不含有污染物。富勒烯的生產(chǎn)成本已經(jīng)迅速降低?？紤]到資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)因素，富勒烯被認(rèn)為是比任何其它材料更理想的含碳材料。
上述的碳納米管是僅由碳原子組成的管狀分子，其在1991年被發(fā)現(xiàn)，考慮到它重量輕和它的結(jié)構(gòu)，預(yù)期其可用作氫包藏材料。
但是，僅用碳納米管不容易實(shí)現(xiàn)氫包藏，盡管許多研究院挑戰(zhàn)該問題仍然沒有與之有關(guān)的高性能結(jié)果的報(bào)道。
另外，因?yàn)樘贾亓枯p，在材料基礎(chǔ)上容易獲得和能夠降低成本，將氫包藏進(jìn)其它碳材料中已經(jīng)得到了蓬勃地研究，但是實(shí)際上再次沒有獲得良好的結(jié)果。
本發(fā)明人為解決上述問題已經(jīng)進(jìn)行了深入和廣泛的研究。作為他們研究的結(jié)果，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)碳材料例如碳納米管所占有的空間部分的大小與包藏要包藏的物質(zhì)例如氫氣的能力之間有很大的關(guān)系并且他們已經(jīng)完成了本發(fā)明。
圖8表示單壁碳納米管，片狀石墨，石墨納米管(GNF)和多壁碳納米管(MWNT)所占有的空間的尺寸，按大小順序排列。特別地，圖8反映的結(jié)果是還沒有成功地將氫包藏到典型的具有13～14的空間尺寸的單壁碳納米管內(nèi)部，并且也沒有成功地將氫氣包藏到片狀石墨，石墨納米管(GNF)和多壁碳納米管(MWNT)的壁間的空間中，該空間具有的空間尺寸不超過3.34。
如圖8所示，氫分子的原子間的距離是0.074mm，并且考慮到原子的van der Waals半徑，氫分子在次軸方向的尺寸是2.4，而在主軸方向的尺寸是3.14。另外，片狀石墨，石墨納米纖維和多壁碳納米管的壁間距離是3.34；因此，看起來氫原子能夠進(jìn)入到壁間的距離中。但實(shí)際上片狀石墨等所具有的π電子擴(kuò)展區(qū)是每壁1.7，因此，壁間距離3.34已經(jīng)被π電子擴(kuò)展區(qū)完全阻塞(因?yàn)棣须娮蛹葟谋诘纳喜糠植家矎谋诘南虏糠植?，總的π電子擴(kuò)展區(qū)是3.4)，而氫原子不能進(jìn)入到壁間距離中。
另一方面，氫包藏實(shí)驗(yàn)中常用的單壁碳納米管具有13～14的直徑，并且考慮到3.4作為π電子擴(kuò)展區(qū)，氫能夠進(jìn)入的有效空間是9.6～10.6。
但是，該空間的尺寸是氫分子尺寸的大約3～5倍，其太大了以至于不能預(yù)期在氫和管壁表面產(chǎn)生相互作用。例如，為得到上面的景象，讓我們假設(shè)將玻璃球放進(jìn)橡膠管中的情況。其中橡膠管的截面遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于玻璃球的直徑，將玻璃球保留在橡膠管中是極端困難的。據(jù)認(rèn)為碳納米管和氫分子之間的關(guān)系與這種情況相象。
考慮到上述問題，如圖1A所示，根據(jù)本發(fā)明的物質(zhì)包藏材料具有以下結(jié)構(gòu)，其中富勒烯基的碳材料，例如作為被含物的C602包含在作為管狀材料的單壁碳納米管1的內(nèi)部。這保證了在單壁碳納米管1中的空間減少了，能夠大大地抑制氫分子在內(nèi)部的移動(dòng)。結(jié)果，物質(zhì)包藏材料效率高，重量輕，便宜和安全以及運(yùn)輸性好。
如圖1A的局部放大圖-圖1B所示，在該物質(zhì)包藏材料的結(jié)構(gòu)中，富勒烯基的碳材料例如C602作為包含物質(zhì)包含在作為管狀材料的單壁碳納米管1的內(nèi)部，因此，例如氫氣作為要包藏的物質(zhì)能夠有效地被包藏在空間部分3中，該空間部分3形成于單壁碳納米管1和C602之間。在這種情況下，富勒烯基碳材料例如C602作為被包含物可以在碳納米管1的內(nèi)部聚合。
因?yàn)樘技{米管的直徑是13～14，且C60的直徑是7.1，即使考慮到π電子擴(kuò)展區(qū)，也不會(huì)阻塞氫原子預(yù)期進(jìn)入的空間。當(dāng)所謂高次(high order)富勒烯例如C70和C80要被包含在碳納米管中時(shí)，通過增加納米管的直徑，可以采用與C60相同的方式實(shí)現(xiàn)這種包含。另外，這適用于含金屬的富勒烯。
碳納米管是單壁的比碳納米管是多壁的有可能獲得更大的氫包藏重量百分比；但是即使在多壁的碳納米管情況下，也可能實(shí)現(xiàn)上述效果而沒有任何問題。
在管狀材料和被包含的物質(zhì)之間的最近的原子間距離d在3.4?！躣≤13之間是希望的。如上所述，考慮到3.4的π電子擴(kuò)展區(qū)，優(yōu)選d的下限為3.4。盡管3.4對(duì)于氫分子要進(jìn)入的空間而言是不夠的，已經(jīng)觀察到一種現(xiàn)象，其中空間由于氧和氮的侵入而膨脹了(A.Fujiware et al Chem.Phys.Lett.，published)，因此對(duì)氫的情況可以預(yù)期也會(huì)發(fā)生相似的現(xiàn)象。至于d的上限，除非該上限是13或更低，否則不能預(yù)期有包藏能力，因?yàn)殡y以用普通的納米管尺寸來實(shí)現(xiàn)包藏。更優(yōu)選的，3.4＜d＜13。還優(yōu)選d的下限是3.4+2.4＝5.8(2.4是氫分子次軸方向上的尺寸)。
其中富勒烯以高密度包含于碳納米管中的物質(zhì)，如根據(jù)本發(fā)明的物質(zhì)包藏材料統(tǒng)稱為“豆莢狀物”，它們的合成方法已經(jīng)建立(B.W.Smith et al.，Nature 396(1998)，323及H.Kataura，Synth.Metals，in press)。
下面將給出合成豆莢狀物的方法的一個(gè)例子。
首先，合成其直徑最適宜包含富勒烯的納米管。利用如此合成的納米管，制備高純的拉拔(holed)納米管，由該納米管可以合成高純的豆莢狀物。
在激光氣相沉積法中，可以通過調(diào)節(jié)催化劑的種類和在電爐中的溫度來控制所制備的納米管的直徑分布。其中適于包含富勒烯的納米管的直徑是大約(10，10)，即1.38nm。為了制備具有該直徑的納米管，鎳-鈷基合金催化劑是最合適的。另外，使用這種催化劑的納米管的優(yōu)點(diǎn)在于它容易純化至高純度。因?yàn)樵谥苽涠骨v狀物的時(shí)候反應(yīng)是在高溫下進(jìn)行的，如果金屬微粒留在了樣品中，在反應(yīng)過程中由于其中的催化作用它們會(huì)分解富勒烯。因此，除去在樣品中存在的金屬催化劑是非常重要的。在下面給出本發(fā)明中合成納米管的參數(shù)。
靶子含Ni/Co(0.45/0.45以％計(jì))催化劑的石墨靶氣氛氬氣，500Torr爐溫1250℃激光輸出300mJ/脈沖(10Hz)激光斑尺寸5mm在上述條件下制備的未純化的碳黑中，納米管的含量是大約60～70％。用過氧化氫回流法純化該碳黑，藉此可以獲得高純納米管。順便提及，在這種純化方法中，構(gòu)成納米管兩端的5員環(huán)被分解，從而在納米管兩端產(chǎn)生斷層(fault)部分，得到管狀的或麥稈形的拉拔納米管。
接下來，富勒烯的包含是通過蒸發(fā)富勒烯而進(jìn)行的。將高純的拉拔納米管和單獨(dú)純化的富勒烯例如在高真空下密封于C60石英管中，然后將樣品在650℃保持2～6小時(shí)。在這種溫度下，富勒烯升華，然后通過在純化過程中形成的斷層部分進(jìn)入到納米管。經(jīng)過反應(yīng)后，樣品在甲苯中進(jìn)行超聲波清洗，以除去粘附在納米管外表面的富勒烯。結(jié)果，C60以高密度嵌入到幾乎所有納米管中。另外，通過使用其它富勒烯例如C70以相同的方式同樣可以制得豆莢狀物。
根據(jù)本發(fā)明的物質(zhì)包藏材料優(yōu)選含有催化劑金屬，而且優(yōu)選被包含的物質(zhì)也含有催化劑金屬。催化劑金屬的重量百分比含量?jī)?yōu)選不大于10重量％，并且優(yōu)選催化劑金屬是由具有能夠?qū)浞肿臃纸鉃闅湓拥拇呋芰Φ慕饘俨牧蠘?gòu)成的。這種催化劑金屬的例子包括Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Zn，Pd和Pt。如上所述，通過物質(zhì)包藏材料中所含有的催化劑金屬，氫分子可以分解為氫原子，藉此氫的尺寸能夠降低到原有尺寸的大約一半，氫將可以包藏在更窄的空間中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更有效的包藏(這也適用于下文中所述的發(fā)明)。
另外，本發(fā)明涉及物質(zhì)包藏材料，其中管狀材料或桿形材料緊密地捆扎在一起形成束狀結(jié)構(gòu)，而要包藏的物質(zhì)被包藏在管狀或桿形材料之間(這在下文中稱之為本發(fā)明的第二發(fā)明)。
根據(jù)本發(fā)明，管狀材料或桿形材料緊密地捆扎起來形成束狀結(jié)構(gòu)，而要包藏的物質(zhì)被包藏在管狀或桿形材料之間，由此可以得到效率高，重量輕，便宜并且運(yùn)輸性好的物質(zhì)包藏材料。
該束狀結(jié)構(gòu)的狀態(tài)可以通過van der Waals作用得到保持，如圖2A所示，用于包藏例如作為要包藏的物質(zhì)的氫氣的空間部分3形成于管狀或桿形材料4之間。由于可以使得空間部分3的尺寸與要包藏的物質(zhì)的尺寸大致相同，要包藏的物質(zhì)的移動(dòng)受到了極大的限制，從而能夠達(dá)到有效的包藏。
因?yàn)榕c上述第一發(fā)明中相同的理由，在空間部分3中原子間的最近距離d′優(yōu)選是4?！躣′≤13。
管狀材料優(yōu)選包含碳納米管，并且碳納米管特別優(yōu)選單壁碳納米管。作為桿形材料，優(yōu)選使用碳納米纖維。
另外，管狀材料可以具有束狀結(jié)構(gòu)，物質(zhì)或不同于要包藏的物質(zhì)的物質(zhì)可以被包含在管狀材料的內(nèi)部，要包藏的物質(zhì)也可以被包藏在管狀材料的內(nèi)部。
如圖2B所示，根據(jù)本發(fā)明的物質(zhì)包藏材料可以由例如上述豆莢狀物5構(gòu)成，在該豆莢狀物5的結(jié)構(gòu)中，富勒烯基碳材料例如C60作為被包含的物質(zhì)包含在作為管狀材料的碳納米管的內(nèi)部。這保證了要包藏的物質(zhì)例如氫氣被包含在碳納米管1之間的空間部分3中，該空間部分3是通過束狀結(jié)構(gòu)形成的，并且要包藏的物質(zhì)也能被包藏在豆莢狀物5內(nèi)部形成的空間部分(沒有表示出來)中，由此達(dá)到更有效的包藏。
這種情況下，基于與上述第一發(fā)明的同樣的原因，在管狀材料例如碳納米管和被被包含的物質(zhì)例如富勒烯基碳材料之間的最短的原子間距離d優(yōu)選為3.4≤d≤13。
此外，本發(fā)明還涉及物質(zhì)包藏材料，其中管狀材料具有多壁結(jié)構(gòu)，且用于包藏要包藏的物質(zhì)的空間部分形成于該結(jié)構(gòu)的最內(nèi)側(cè)(這在下文中稱之為本發(fā)明的第三發(fā)明)。
根據(jù)本發(fā)明，管狀材料具有多壁結(jié)構(gòu)，并且用于包藏要包藏的物質(zhì)的空間部分形成于該結(jié)構(gòu)的最內(nèi)側(cè)，因此可以提供效率高，重量輕，便宜并且運(yùn)輸性好的物質(zhì)包藏材料。
優(yōu)選所述空間部分的直徑D為3.4≤D，更優(yōu)選為3.4＜D。另外，管狀材料優(yōu)選形成雙壁碳納米管。
圖3示出了采用雙壁碳納米管作為管狀材料時(shí)的本發(fā)明的物質(zhì)包藏材料的放大的一般剖視圖。雙壁碳納米管6能夠通過下面的方法形成，其中將上述的豆莢狀物加熱處理，使碳納米管內(nèi)部的C60分解，然后在單壁碳納米管的內(nèi)部形成新的小直徑的管。
如圖3所示，能使得在雙壁結(jié)構(gòu)最內(nèi)側(cè)形成的空間部分3的尺寸與作為要包藏的物質(zhì)的氫分子7的尺寸大致相同，所以氫分子7的移動(dòng)受到了極大的限制，能夠達(dá)到更有效的包藏。
另外，在上述的第二發(fā)明中，雙壁碳納米管作為管狀材料可以緊密地捆扎起來而形成束狀結(jié)構(gòu)。
這種情況下，作為要包藏的物質(zhì)的氫分子7能被包藏在空間部分3中，該空間在多壁結(jié)構(gòu)的最內(nèi)側(cè)形成，并且同時(shí)要包藏的物質(zhì)也能被包藏在管狀材料之間形成的空間部分，由此可實(shí)現(xiàn)更有效的包藏。
此外，如圖3所示，作為要被包藏物質(zhì)的氫分子7能被包藏在空間部分3中，該空間在多壁結(jié)構(gòu)的最內(nèi)側(cè)形成，并且同時(shí)作為要包藏的物質(zhì)的氫分子7也能被包藏在空間部分3′中，該空間部分在第一壁8和第二壁9之間形成，由此可實(shí)現(xiàn)更有效的包藏。既然這樣，空間部分3′可以填充有上述的被包含物質(zhì)例如富勒烯基的碳材料。
在本發(fā)明之第一發(fā)明到第三發(fā)明的物質(zhì)包藏材料的制備中，包括利用堿處理這些物質(zhì)包藏材料的步驟，特別是將其分散于堿性溶液中的步驟。
據(jù)認(rèn)為，雜質(zhì)組分例如烴組分是在純化處理本發(fā)明的由碳納米管等構(gòu)成物質(zhì)包藏材料的氧化處理時(shí)產(chǎn)生的，在除去催化劑金屬的酸溶液處理時(shí)產(chǎn)生的，且烴組分粘附在物質(zhì)包藏材料的壁表面上。如果壁表面上殘留粘附的烴組分，本來能夠包藏要包藏的物質(zhì)的空間部分可能充滿了烴組分，因而可能得不到適于包藏要包藏的物質(zhì)的空間尺寸(3.4≤d或d′≤13，或3.4?！蹹)。
但是根據(jù)本發(fā)明使用堿處理可以有效地除去這種烴組分，而且使物質(zhì)包藏材料永久具有干凈的壁表面。因此，能保適于包藏物質(zhì)的空間。
優(yōu)選使用NaOH或KOH作為堿溶液，并在堿溶液中進(jìn)行超聲波處理。超聲波的作用是促進(jìn)堿溶液向粘附在根據(jù)本發(fā)明的物質(zhì)包藏材料的壁上的烴組分中滲透，使得堿處理步驟可在短時(shí)間內(nèi)結(jié)束。超聲波處理的時(shí)間優(yōu)選不小于10分鐘，更優(yōu)選不小于1小時(shí)。
另外，堿溶液是堿性的就足夠了，并且優(yōu)選堿溶液是pH為9～12的溶液。這種情況下，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的物質(zhì)包藏材料的損害是很輕微的，并且同時(shí)能夠達(dá)到有效除去雜質(zhì)組分。
當(dāng)將根據(jù)本發(fā)明的第一到第三發(fā)明的物質(zhì)包藏材料用于氫包藏材料時(shí)，氫氣(氫分子或氫原子)能通過加壓包藏，并且氫氣(氫分子或氫原子)能通過減壓釋放。以后將會(huì)描述，物質(zhì)包藏材料是能夠應(yīng)用于電化學(xué)裝置例如燃料電池，能夠優(yōu)選地用于氫氣的運(yùn)輸，便宜，重量輕和高度安全以及能夠半永久地使用的材料。
根據(jù)本發(fā)明的第一到第三發(fā)明的物質(zhì)包藏材料能夠優(yōu)選地用于多種電化學(xué)裝置。特別地，在具有基本結(jié)構(gòu)的儀器中，其由第一電極，第二電極，夾在兩個(gè)電極之間的質(zhì)子導(dǎo)體組成，氫氣供應(yīng)部分在第一電極一側(cè)供應(yīng)，從氫氣供應(yīng)部分供應(yīng)氫氣，氧氣或含氧氣體在第二電極一側(cè)供應(yīng)，其中將氫包藏材料用于氫氣供應(yīng)部分，該包藏材料是作為根據(jù)本發(fā)明的第一到第三發(fā)明的任意一個(gè)的物質(zhì)包藏材料。因此，有效地供應(yīng)了氫氣而且能夠獲得好的輸出特性。
質(zhì)子導(dǎo)體的例子包括通用的Nation(高氟化樹脂)和富勒烯衍生物如富勒烯醇(聚富勒烯氫氧化物)。使用這些富勒烯衍生物的質(zhì)子導(dǎo)體可參見WO01/06519。
由Chiang等人在1992年第一個(gè)報(bào)道了具有如下結(jié)構(gòu)的富勒烯醇的合成例子，其中將眾多的羥基加入到富勒烯分子中(Chiang，L.Y.；Swirczewski，J.W.；Hsu，C.S.；Chowdhury，S.K.；Cameron，S.；Creegan，K.，J.Chem.Soc.，Chem.Commun.1992，1791)。
當(dāng)這些富勒烯醇是例如聚集體使得在富勒烯醇分子的臨近的羥基相互之間產(chǎn)生作用，作為宏觀的聚集體的聚集體能夠顯示出高質(zhì)子導(dǎo)體特征(換句話說，一種用于從富勒烯醇分子的酚羥基上分離H+的性質(zhì))。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，除了上述的富勒烯醇，例如具有多數(shù)-OSO3H基的富勒烯的聚集體也能夠用來作為質(zhì)子導(dǎo)體。聚富勒烯氫氧化物其中OH基被OSO3H基取代，也就是說硫氫酸酯化的富勒烯醇也由Chiang等人在1994年報(bào)道了(Chiang，L.Y.；Wang，L.Y.；Swirczewski，J.W.；Soled，S.；Cameron，S.；J.Org.Chem.，1994，59，3960)。硫氫酸酯化的富勒烯能夠在一個(gè)分子中可以只包含-OSO3H基團(tuán)，也可以包含多個(gè)-OSO3H基團(tuán)和羥基。
當(dāng)多種上述的富勒烯醇和酯化的富勒烯醇硫酸氫鹽聚集的時(shí)候由聚集體作為整體表現(xiàn)出來的質(zhì)子傳導(dǎo)率具有如下性質(zhì)，其中由大量羥基產(chǎn)生的質(zhì)子和OSO3H基最初含在直接與移動(dòng)相關(guān)的分子中。因此使用這種聚集體，沒有必要吸收來自于氣體的水蒸氣分子等中的氫或質(zhì)子，沒有必要從外部補(bǔ)充水分，特別地從氣體中吸收水分等，并且對(duì)氣體沒有限定。因此，即使在干氣體中，聚集體能夠連續(xù)使用。
另外，組成這些分子的基礎(chǔ)的富勒烯特別地具有親電子性質(zhì)，其被認(rèn)為對(duì)促進(jìn)氫離子在具有高酸性的-OSO3H基和在羥基等上的分離有很大的貢獻(xiàn)，導(dǎo)致了優(yōu)越的質(zhì)子傳導(dǎo)率。另外，因?yàn)橄鄬?duì)而言能夠?qū)⒋罅康牧u基和-OSO3H基等引入到富勒烯分子中，每單位體積的導(dǎo)體中涉及到傳導(dǎo)的質(zhì)子的數(shù)密度非常高，作為結(jié)果表現(xiàn)了有效的傳導(dǎo)率。
上述的富勒烯醇和硫氫酸酯化的富勒烯醇的每一個(gè)主要由富勒烯醇的碳原子組成，所以它們重量輕，不易于變質(zhì)并且不含污染物。從來源，環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)考慮，富勒烯是比其它材料更理想的含碳材料。
此外，除了上述的-OH和-OSO3H含有例如任意的-COOH，-SO3H和-OPO(OH)2的富勒烯分子也能使用。
為了合成能用于本發(fā)明實(shí)施例的富勒烯醇等，已知處理的適當(dāng)結(jié)合由此能夠?qū)⑺Ｍ牟襟E引入到富勒烯分子的碳原子組成中，該處理例如酸處理和對(duì)富勒烯粉末水解。
這里，在使用上述富勒烯衍生物作為質(zhì)子導(dǎo)體的情況下，優(yōu)選質(zhì)子導(dǎo)體基本只由富勒烯衍生物組成或被粘合劑粘住。
現(xiàn)在，下面將要描述一個(gè)實(shí)施例，其中通過使用質(zhì)子導(dǎo)體將根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)裝置設(shè)置成為燃料電池，其中質(zhì)子導(dǎo)體基本上只由上述的富勒烯衍生物組成。
圖4表示一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)裝置的實(shí)例，其中該裝置被構(gòu)建燃料電池。如圖4所示，燃料電池包括負(fù)極(燃料電極或氫電極)12和正極(氧電極)13以及分別安裝的接線端10和11，其上或其中分別粘附或分散有催化劑且其彼此相對(duì)，及夾于兩電極之間的質(zhì)子導(dǎo)體14。在燃料電池的使用中，氫從由負(fù)極12一側(cè)的氫氣供應(yīng)部分15提供并通過放料端16(其可以省略)排出。當(dāng)燃料(H2)經(jīng)過管道17時(shí)產(chǎn)生質(zhì)子。該質(zhì)子與從質(zhì)子導(dǎo)體14中產(chǎn)生的質(zhì)子一起移動(dòng)到正極13一側(cè)，在那里的它們與氧(空氣)反應(yīng)，進(jìn)而得到所需的電動(dòng)勢(shì)，其中氧通過進(jìn)口端18提供給管道19，然后流向放料端20。
在這種燃料電池中，將氫包藏材料作為根據(jù)本發(fā)明的第一到第三發(fā)明的物質(zhì)包藏材料之一用于氫氣供應(yīng)部分15，使得可以有效地供應(yīng)氫氣，并能獲得良好的輸出特性。
另外，當(dāng)氫離子在負(fù)極12中解離且氫離子在質(zhì)子導(dǎo)體14處解離時(shí)，由負(fù)極12一側(cè)提供的氫離子移動(dòng)至正極13一側(cè)，帶來高氫離子電導(dǎo)性的特征。因此，沒有必要使用加濕器等，從而使系統(tǒng)簡(jiǎn)化并降低系統(tǒng)的重量，靜而增強(qiáng)電極功能例如電流密度和輸出特性。
順便提及，可以使用粘合劑粘接的富勒烯衍生物作為質(zhì)子導(dǎo)體，代替僅由薄膜狀的富勒烯衍生物構(gòu)成的質(zhì)子導(dǎo)體，所述薄膜狀的富勒烯衍生物是通過壓膜上述的富勒烯衍生物而獲得的，并且夾在第一電極與第二電極之間。在這種情況下，利用粘合劑粘接可以形成具有足夠強(qiáng)度的質(zhì)子導(dǎo)體。
這里，作為可以用作粘合劑的聚合物材料，可以使用一種或多種已知的成膜聚合物。聚合物材料在質(zhì)子導(dǎo)體14中的含量通常限于20重量％或更低。這是因?yàn)楫?dāng)該含量超過20重量％時(shí)，氫離子的電導(dǎo)性可能降低。
構(gòu)成如上的質(zhì)子導(dǎo)體還包含作為質(zhì)子導(dǎo)體的富勒烯衍生物，所以它可以如上述基本上只由富勒烯衍生物構(gòu)成的質(zhì)子導(dǎo)體一樣表現(xiàn)出氫離子電導(dǎo)性。
此外，與只由富勒烯衍生物構(gòu)成的質(zhì)子導(dǎo)體不同，這種質(zhì)子導(dǎo)體因聚合物材料而具有成膜性質(zhì)。因此，該質(zhì)子導(dǎo)體與經(jīng)壓模富勒烯衍生物粉末而得到的質(zhì)子導(dǎo)體相比，具有更高的強(qiáng)度，并能夠用作柔軟的離子傳導(dǎo)薄膜(厚度通常為300μm或更低)，該薄膜具有防氣體滲透性。
順便提及，對(duì)聚合物材料沒有特殊的限制，只要它基本上不妨礙氫離子傳導(dǎo)(通過與富勒烯衍生物反應(yīng))并具有成膜性質(zhì)。通常使用沒有電子導(dǎo)電性和穩(wěn)定性良好的聚合材料?？梢允褂玫木酆喜牧系膶?shí)例包括聚氟乙烯，聚偏二氟乙烯和聚乙烯醇。優(yōu)選這些聚合物材料還因?yàn)橄旅娴睦碛伞?br> 首先，與其它聚合材料相比優(yōu)選聚氟乙烯，因?yàn)樗軌蚶酶〉暮啃纬蓮?qiáng)度更高的薄膜。這種情況下，質(zhì)子導(dǎo)體14中聚氟乙烯的含量低至3重量％或更低，優(yōu)選0.5～1.5重量％，并且薄膜的厚度通常小至100～1μm。
第二，優(yōu)選聚偏二氟乙烯和聚乙烯醇，因?yàn)樗鼈兲峁┚哂懈吭降姆罋怏w滲透性的離子傳導(dǎo)性薄膜。這種情況下，質(zhì)子導(dǎo)體14中的偏氟乙烯或聚乙烯醇的含量?jī)?yōu)選為5～15重量％。
在聚氟乙烯，在聚偏二氟乙烯和在聚乙烯醇的情況下，當(dāng)聚合物材料的含量低于上述相關(guān)的下限時(shí)，可能對(duì)成膜性有負(fù)面影響。
為了獲得質(zhì)子導(dǎo)體的薄膜，其中在本實(shí)施方案中用粘合劑將富勒烯衍生物粘接，可以使用已知的成膜方法例如壓力成型和擠出成型。
另外，在根據(jù)本實(shí)施方案的電化學(xué)裝置中，對(duì)質(zhì)子導(dǎo)體沒有特別地限定，并且能夠使用任何一個(gè)具有離子(氫離子)傳導(dǎo)性的的導(dǎo)體?？捎玫馁|(zhì)子導(dǎo)體的例子包括富勒烯氫氧化物，硫氫酸酯化的富勒烯醇和高氟化樹脂。
現(xiàn)在，在實(shí)施例的基礎(chǔ)上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
實(shí)施例1首先，利用激光氣相沉積法，通過調(diào)節(jié)催化劑類型和電爐的溫度來控制碳納米管的直徑分布，進(jìn)而合成直徑為約(10，10)的碳納米管。使用Ni-Co合金催化劑作為催化劑。下面給出碳納米管合成中的參數(shù)。
靶子含Ni/Co(0.45/0.45按％計(jì))催化劑的石墨靶氣氛氬氣，500Torr爐溫1250℃激光輸出300mJ/脈沖(10Hz)激光斑尺寸5mm在上述條件下制備的未純化的碳黑中，納米管的含量是大約60～70％。用過氧化氫回流法純化碳黑，由此能夠獲得高純的納米管。順便提及，在這種純化過程中，構(gòu)成納米管兩端的5員環(huán)被分解，由此在納米管兩端產(chǎn)生斷層部分，并形成管狀或桿狀的拉拔納米管。
接下來，通過蒸發(fā)富勒烯進(jìn)行富勒烯的包含。在高真空下將高純的拉拔納米管與分離并純化的富勒烯例如C60密封于石英管中，然后將該部件在650℃加熱2～6小時(shí)。在這種溫度下，富勒烯升華，并通過在純化過程中形成的斷層部分進(jìn)入到納米管。反應(yīng)后，樣品在甲苯中進(jìn)行超聲波清洗，以除去粘附在納米管外表面的富勒烯。這導(dǎo)致C60以高密度嵌入到幾乎所有的納米管中。
這樣獲得的豆莢狀物的拉曼光譜表示在圖5中。
在圖中，較高的線是在液氦溫度下的光譜，而較低的線是在室溫下的光譜。順帶地，冷卻前，樣品在450℃的暗處真空中退火。使用氣流型的低溫恒溫器中用液氦直接冷卻樣品。在液氦溫度下，沒有觀察到由于用激光束照射而發(fā)生光譜變化，并且觀察到C60分子的所有拉曼活性模式。但是，通過仔細(xì)觀察，在85～100cm-1的低波數(shù)區(qū)觀察到多個(gè)與C60分子無關(guān)的峰。根據(jù)這些峰的頻率，可以看出這些峰是外部振動(dòng)模式，并被確認(rèn)為與所報(bào)道的C60二聚物于96cm-1處的外部振動(dòng)模式相似。觀察分子間的振動(dòng)模式可一看出，兩個(gè)Ag模式比面心立方(FCC)晶體的模式相對(duì)要弱，且頻率低若干cm-1。盡管已經(jīng)知道Hg(1)模式在分子的對(duì)稱性中對(duì)振動(dòng)敏感，并且通過二聚作用分裂成三條線，但是所觀察到的Hg(1)模式表現(xiàn)與之相對(duì)應(yīng)的增寬。從拉曼光譜中看出的這些特征強(qiáng)烈地暗示，納米管中的C60呈二聚物或三聚物到四聚物的結(jié)構(gòu)?？梢哉J(rèn)為，在液氦溫度下的激光照射是二聚作用的起因。但是，考慮到這樣的事實(shí)，即在室溫下電子束衍射中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了指示二聚物存在的條紋，認(rèn)為在制備樣品的時(shí)候已經(jīng)形成了二聚物和齊聚物是自然的。
當(dāng)將樣品的溫度升到室溫而再次在真空中觀察拉曼光譜時(shí)，大部分來自于C60分子的光譜強(qiáng)度瞬間消失，結(jié)果只能觀察到在1424和1467cm-1的兩個(gè)拉曼峰。該光譜與通過高溫高壓合成法制備的斜方晶系的聚合物相C60的拉曼光譜極其相象。由于斜方晶相是由C60線形聚合物的聚集體構(gòu)成的，所以可以認(rèn)為，在用激光照射時(shí)在納米管中C60形成線形聚合物。
測(cè)定上述獲得的豆莢狀物的氫包藏能力，其在室溫和80atm的氫壓力下為2重量％。另外，如圖7所示，可以看出，隨著豆莢狀物直徑的增加，豆莢狀物內(nèi)部能包藏要包藏的物質(zhì)例如氫氣的空間尺寸也快速增加。
實(shí)施例2在上面的碳納米管純化方法中，制備了高密度粘接的樣品。如圖7所示，在具有束狀結(jié)構(gòu)的樣品中，當(dāng)碳納米管的直徑增加時(shí)，納米管之間的能夠包藏要包藏的物質(zhì)例如氫氣的空間尺寸的變化沒有在豆莢狀物情況下的那么快。另外，如圖6所示，在350k附近觀察到了樣品的氫釋放峰，而氫包藏能力是1重量％。
實(shí)施例3當(dāng)在真空中將使用與實(shí)施例1相同的方法制備的豆莢狀物加熱到大約1000℃時(shí)，在單壁碳納米管中的C60被分解得變成了管狀并且形成了雙壁碳納米管。測(cè)量了雙壁碳納米管的氫包藏能力是0.6重量％。
實(shí)施例4將含有Pt作為催化劑金屬的材料混合到在實(shí)施例1，2和3中制備獲得的樣品中。例如通過將Pt和載體材料分散到乙醇中，接著用超聲波照射實(shí)施了把Pt混合到樣品中。
當(dāng)測(cè)量了每個(gè)樣品的氫包藏能力，確信氫包藏能力平均起來提高了0.2重量％。另外，即使將Pt用其它金屬代替平均起來氫包藏能力的提高與上面的大致相同。
實(shí)施例5制備了如圖4所示的燃料電池。首先，分別制備了安裝有Pt催化劑的氫電極和氧電極，給氧電極裝上塑料制的套，向上面滴加poly富勒烯氫氧化物硫酸氫酯和聚氯乙烯的混合液并在套內(nèi)均勻分布。之后，在室溫下干燥該部件，然后除去套。將氫電極放在部件上，獲得的部件在大約5t/cm2的壓力下擠壓。其次將氫氣供應(yīng)部分放在氫電極的一側(cè)來獲得用于從氫氣供應(yīng)部分使用減壓供應(yīng)氫氣的結(jié)構(gòu)，該供應(yīng)部分是應(yīng)用在實(shí)施例1中制備的豆莢狀物而形成的，然后完成了具有質(zhì)子傳導(dǎo)膜的電池。如此獲得的燃料電池在下面的條件下經(jīng)受發(fā)電測(cè)試。
也就是，將從氫氣供應(yīng)部分到氫電極的氫氣供應(yīng)質(zhì)量設(shè)定在10cc/min，將氧電極向空氣開放，其中氫氣供應(yīng)部分是應(yīng)用在實(shí)施例1中制備的豆莢狀物形成的。作為結(jié)果，能夠獲得1.2V的電動(dòng)勢(shì)。
對(duì)比例對(duì)不具有束狀結(jié)構(gòu)和在其中不含有富勒烯分子的單壁碳納米管，測(cè)量了氫包藏能力，在室溫80atm的氫壓力下是0.1重量％。該氫包藏能力比任何那些在實(shí)施例1～4中獲得的都低。
實(shí)施例6在純化碳納米管的方法中，將納米管分散在NaOH溶液中，由此除去了粘附在納米管壁表面的漿狀烴組分。
圖9表示了在用NaOH溶液處理前樣品的TEM照片，而圖10是處理后樣品的TEM照片。另外，圖11表示拉曼光譜評(píng)定圖。
圖9表示了烴組分以條紋的形式被看見的情形，而圖10表示了條紋形式的部分已大大減少的情形。這表明通過使用堿例如NaOH溶液處理，除去了粘附在納米管壁表面的烴組分，能夠形成例如緊密的束狀結(jié)構(gòu)。
另外，在使用NaOH溶液處理后獲得了高峰，其在圖11中很明顯。高峰是由于納米管中的碳原子沒有烴組分，并且顯示通過使用堿例如NaOH溶液處理除去了粘附在納米管壁表面的烴組分。
根據(jù)本發(fā)明的第一發(fā)明，在管狀材料的內(nèi)部含有不同于要包藏的物質(zhì)的物質(zhì)，所以有可能提供物質(zhì)包藏材料，該材料效率高，重量輕，便宜和安全以及運(yùn)輸性好，從前述這是很明顯的。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第二發(fā)明，將管狀材料或桿形材料緊密地捆扎起來形成束狀結(jié)構(gòu)，然后要包藏的物質(zhì)被包藏在管狀或桿形材料之間，由此有可能提供物質(zhì)包藏材料，該材料效率高，重量輕，便宜并且運(yùn)輸性好。
特別地，用于包藏要包藏的物質(zhì)的空間部分是在管狀或桿形材料之間形成的，并且可以使得該空間部分的尺寸與要包藏的物質(zhì)的尺寸大致相同，所以要包藏的物質(zhì)的移動(dòng)受到了極大的限制，從而能夠達(dá)到更有效的包藏。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第三發(fā)明，管狀材料具有多壁結(jié)構(gòu)，并且用于包藏要包藏的物質(zhì)的空間部分是在該結(jié)構(gòu)的最內(nèi)側(cè)形成的，因此有可能提供物質(zhì)包藏材料，該材料效率高，重量輕，便宜并且運(yùn)輸性好。
特別地，可以使得該空間部分的尺寸與要包藏的物質(zhì)的尺寸大致相同，所以要包藏的物質(zhì)的移動(dòng)受到了極大的限制，從而能夠達(dá)到更有效的包藏。
另外，根據(jù)按照本發(fā)明的第一到第三發(fā)明的物質(zhì)包藏材料的制備方法，提供了用堿處理物質(zhì)包藏材料的步驟，所以能夠有效地除去粘附在物質(zhì)包藏材料壁表面的雜質(zhì)組分例如烴組分，并且能夠有效地制備高性能的物質(zhì)包藏材料。
此外，根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)裝置具有基本結(jié)構(gòu)，其由第一電極，第二電極，夾在兩個(gè)電極之間的質(zhì)子導(dǎo)體組成，其中氫氣供應(yīng)部分在第一電極一側(cè)供應(yīng)，從氫氣供應(yīng)部分供應(yīng)氫氣，氧氣或含氧的氣體向第二電極一側(cè)供應(yīng)，并且將氫包藏材料用于氫氣供應(yīng)部分，該包藏材料是作為根據(jù)本發(fā)明的第一到第三發(fā)明的一個(gè)的物質(zhì)包藏材料，因此有效地供應(yīng)了氫氣而且能夠獲得好的輸出特性。
權(quán)利要求
1.一種物質(zhì)包藏材料，其中與要包藏的物質(zhì)不同的物質(zhì)包含在管狀材料的內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的物質(zhì)包藏材料，其中所述要包藏的物質(zhì)被包藏在所述管狀材料與所述被包含的物質(zhì)之間形成的空間部分中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的物質(zhì)包藏材料，其中在所述管狀材料和所述被包含的物質(zhì)之間的最近的原子間距離d是3.4≤d≤13。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的物質(zhì)包藏材料，含有催化劑金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的物質(zhì)包藏材料，其中所述催化劑金屬包含在所述被包含的物質(zhì)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的物質(zhì)包藏材料，其中所述催化劑金屬的重量百分比含量不大于10％重量。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的物質(zhì)包藏材料，其中所述催化劑金屬包括能夠?qū)浞肿哟呋纸獬蓺湓拥慕饘俨牧稀?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求7的物質(zhì)包藏材料，其中所述催化劑金屬包括選自Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Zn，Pd和Pt中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的物質(zhì)包藏材料，其中所述管狀材料包括碳納米管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的物質(zhì)包藏材料，其中所述管狀材料是單壁碳納米管。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的物質(zhì)包藏材料，其中所述被包含的物質(zhì)是富勒烯基的碳材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的物質(zhì)包藏材料，其中所述富勒烯基的碳材料包含殼狀的碳簇分子Cm(其中m是使Cm能形成殼狀結(jié)構(gòu)的自然數(shù))。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的物質(zhì)包藏材料，其中所述被包含的物質(zhì)是含有碳原子的材料，如納米石墨。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的物質(zhì)包藏材料，其中所述要包藏的物質(zhì)是氣體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的物質(zhì)包藏材料，其中所述氣體是選自氫氣，氮?dú)夂脱鯕庵械闹辽僖环N。
16.一種物質(zhì)包藏材料，其中管狀材料或桿形材料緊密地捆扎在一起形成束結(jié)構(gòu)，而要包藏的物質(zhì)被包藏在所述管狀或桿形材料之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的物質(zhì)包藏材料，其中用于包藏所述要包藏的物質(zhì)的空間部分形成于所述管狀或桿形材料之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的物質(zhì)包藏材料，其中所述空間部分中最近的原子間距離d′是3.4≤d′≤13。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的物質(zhì)包藏材料，包含催化劑金屬
20.根據(jù)權(quán)利要求19的物質(zhì)包藏材料，其中所述催化劑金屬至少被包含在所述管狀或所述桿形材料之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的物質(zhì)包藏材料，其中所述催化劑金屬的重量百分比含量不大于10％重量。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的物質(zhì)包藏材料，其中所述催化劑金屬包括能夠?qū)浞肿哟呋纸獬蓺湓拥慕饘俨牧稀?br> 23.根據(jù)權(quán)利要求22的物質(zhì)包藏材料，其中所述催化劑金屬是選自Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Zn，Pd和Pt中的至少一種。
24.根據(jù)權(quán)利要求16的物質(zhì)包藏材料，其中所述管狀材料形成所述束結(jié)構(gòu)，與所述要包藏的物質(zhì)不同的物質(zhì)包含在該管狀材料的內(nèi)部，同時(shí)該要包藏的物質(zhì)包藏在該管狀材料的內(nèi)部。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的物質(zhì)包藏材料，其中所述要包藏的物質(zhì)同時(shí)包藏在形成于所述管狀材料與所述被包含的物質(zhì)之間的空間部分中。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的物質(zhì)包藏材料，其中所述管狀材料與所述被包含的物質(zhì)間的最近的原子間距離d是3.4?！躣≤13。
27.根據(jù)權(quán)利要求16的物質(zhì)包藏材料，其中所述管狀材料包括碳納米管。
28.根據(jù)權(quán)利要求16的物質(zhì)包藏材料，其中所述桿形材料包括碳纖維。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的物質(zhì)包藏材料，其中所述碳納米管是單壁碳納米管。
30.根據(jù)權(quán)利要求24的物質(zhì)包藏材料，其中所述被包含的物質(zhì)是富勒烯基的碳材料。
31.根據(jù)權(quán)利要求24的物質(zhì)包藏材料，其中所述被包含的物質(zhì)含有催化劑金屬。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的物質(zhì)包藏材料，其中所述富勒烯基的碳材料包括殼狀的碳簇分子Cm(其中m是使Cm能形成殼狀結(jié)構(gòu)的自然數(shù))。
33.根據(jù)權(quán)利要求24的物質(zhì)包藏材料，其中所述被包含的物質(zhì)是包含碳原子的材料例如石墨。
34.根據(jù)權(quán)利要求16的物質(zhì)包藏材料，其中所述要包藏的物質(zhì)是氣體。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的物質(zhì)包藏材料，其中所述氣體是選自氫氣，氮?dú)夂脱鯕庵械闹辽僖环N。
36.一種物質(zhì)包藏材料，其中管狀材料具有多壁結(jié)構(gòu)，且在所述結(jié)構(gòu)的最內(nèi)側(cè)形成的用于包藏要包藏的物質(zhì)的空間部分。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的物質(zhì)包藏材料，其中所述空間部分的直徑D是3.4?！蹹。
38.根據(jù)權(quán)利要求36的物質(zhì)包藏材料，其中所述管狀材料形成雙壁的碳納米管。
39.根據(jù)權(quán)利要求36的物質(zhì)包藏材料，其中所述管狀材料具有權(quán)利要求16～23中任一項(xiàng)所述的構(gòu)成。
40.根據(jù)權(quán)利要求36的物質(zhì)包藏材料，其中所述要包藏的物質(zhì)是氣體。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的物質(zhì)包藏材料，其中所述氣體是選自氫氣，氮?dú)夂脱鯕庵械闹辽僖环N。
42.根據(jù)權(quán)利要求1，16和36中任一項(xiàng)的物質(zhì)包藏材料，其已經(jīng)用堿處理過。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的物質(zhì)包藏材料，其中在所述處理中使用的堿溶液具有9～12的pH。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的物質(zhì)包藏材料，其中所述NaOH或KOH用作所述的堿溶液。
45.一種制備權(quán)利要求1，16和36中任一項(xiàng)的物質(zhì)包藏材料的方法，該方法包括用堿處理所述物質(zhì)包藏材料的步驟。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的制備物質(zhì)包藏材料的方法，其中在堿溶液中進(jìn)行超聲波處理。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的制備物質(zhì)包藏材料的方法，其中所述超聲波處理進(jìn)行不小于10分鐘。
48.根據(jù)權(quán)利要求45的制備物質(zhì)包藏材料的方法，其中作為所述堿的堿溶液具有9～12的pH。
49.根據(jù)權(quán)利要求45的制備物質(zhì)包藏材料的方法，其中NaOH或KOH用作作為所述堿的堿溶液。
50.一種電化學(xué)裝置，其包括第一電極，第二電極，夾在所述兩個(gè)電極之間的質(zhì)子導(dǎo)體，該裝置在所述第一電極一側(cè)具有氫氣供應(yīng)部分，氫氣從所述氫氣供應(yīng)部分供應(yīng)，而氧氣或含氧的氣體則提供給所述第二電極一側(cè)，其中在所述氫氣供應(yīng)部分中使用氫包藏材料作為權(quán)利要求1，16和36中任一項(xiàng)的物質(zhì)包藏材料。
51.根據(jù)權(quán)利要求50的電化學(xué)裝置，其被構(gòu)建成燃料電池。
52.根據(jù)權(quán)利要求50的電化學(xué)裝置，其中所述氫包藏材料已經(jīng)用堿處理過。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的電化學(xué)裝置，其中在所述處理中使用的堿溶液具有9～12的pH。
54.根據(jù)權(quán)利要求53的電化學(xué)裝置，其中NaOH或KOH用作所述的堿溶液。
全文摘要
一種效率高，重量輕，便宜且輸送性高的物質(zhì)包藏材料，采用它的電化學(xué)裝置，及物質(zhì)保藏材料的制備方法。物質(zhì)包藏材料的物質(zhì)如富勒烯分子(C
文檔編號(hào)C01B31/02GK1701040SQ0282087
公開日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2002年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月11日
發(fā)明者竹延大志, 白石誠(chéng)司, 山田淳夫, 片浦弘道 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社